Cada año, las personas en todo el mundo producen miles de millones de toneladas de desechos sólidos. Alrededor del 70% de estos residuos acaban en vertederos, donde se descomponen lentamente. Pero lo que puede parecer una acumulación sin vida de desechos inútiles es en realidad un ecosistema complejo repleto de actividad microbiana. Enormes comunidades de microorganismos se alimentan de los desechos y los convierten en subproductos, principalmente dióxido de carbono (CO2) y metano.

Cada año, las personas en todo el mundo producen miles de millones de toneladas de desechos sólidos. Alrededor del 70% de estos residuos acaban en vertederos, donde se descomponen lentamente. Pero lo que puede parecer una acumulación sin vida de desechos inútiles es en realidad un ecosistema complejo repleto de actividad microbiana. Enormes comunidades de microorganismos se alimentan de los desechos y los convierten en subproductos, principalmente dióxido de carbono (CO2) y metano.

Si bien la mayor parte del metano de los vertederos se captura y se quema, los investigadores esperan utilizar este recurso, que se puede convertir en combustibles, electricidad o calentar hogares (ver más abajo).

En un nuevo estudio publicado en la revista Applied and Environmental Microbiology, el autor principal Mark Reynolds, junto con sus colegas de la Universidad Estatal de Arizona e Industria, examinan estas comunidades microbianas que prosperan en los lixiviados, un líquido formado por desechos sólidos en un planeta. Los vertederos se filtran. Encuentran que la composición y el comportamiento de ciertos microbios que se encuentran en vertederos secos como los de Arizona difieren de comunidades similares en climas más subtropicales o templados. La composición microbiana también difiere según la antigüedad de los vertederos.

El proyecto se llevó a cabo en Salt River Landfill en Scottsdale, cerca del campus de Tempe de ASU. La instalación recibe aproximadamente 1.600 toneladas de residuos sólidos municipales por día.

Residuos sólidos: un colapso

El estudio investiga la composición microbiana de los lixiviados a nivel de ecosistema. Las diferentes condiciones ambientales parecen afectar los nichos microbianos repartidos por las 143 hectáreas del vertedero.

«Para mí, un vertedero es como un gran buffet de carbón para estos microorganismos», dice Reynolds, investigador del Centro Biodesign Swette para Biotecnología Ambiental. “Nuestros residuos son en su mayoría pesados ​​en papel y muy altos en celulosa y hemicelulosa. Estos son fácilmente degradables en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno)”.

La captura y el uso de los gases producidos en los vertederos pueden ayudar a reducir los peligros asociados con las emisiones de los vertederos y evitar que el metano se escape a la atmósfera. Además, los proyectos de energía relacionados con la recolección y el procesamiento de gas de vertedero pueden generar ingresos y crear puestos de trabajo en la comunidad.

Al comprender mejor el comportamiento de estos microorganismos productores de metano, los investigadores esperan mejorar la captura de este recurso vital y potencialmente limitar los escapes de metano y CO.2– dos poderosos gases de efecto invernadero y principales contribuyentes al cambio climático – a la atmósfera.

«Estamos profundizando en la teoría ecológica para tratar de llegar a la fuente de lo que podría estar impulsando los patrones organizativos de los organismos productores de metano», dice Reynolds. El análisis multifacético del estudio muestra que la temperatura y los sólidos disueltos son los dos parámetros clave que determinan su abundancia y diversificación. Esas son buenas noticias, porque estos datos se recopilan mensualmente de forma rutinaria de los vertederos y pueden proporcionar diagnósticos precisos: indicadores reveladores de las tendencias generales en la producción general de metano.

De basura a combustible

Los vertederos de residuos municipales representaron más del 15% de las emisiones de metano en 2019, lo que los convierte en la tercera fuente más grande de emisiones de metano a nivel mundial.El estudio señala que las emisiones de metano de los vertederos ascienden al equivalente de mil millones de toneladas de CO2, o aproximadamente las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por casi 22 millones de automóviles conducidos durante un año.

Por lo general, la mayor parte del metano liberado por los microorganismos en un vertedero se captura como biogás y luego se quema, convirtiéndolo en CO2. Si bien este proceso limita los efectos perjudiciales para el clima del propio metano, es una solución a corto plazo e inadecuada al problema de las emisiones de gases de efecto invernadero de los vertederos.

Además del impacto negativo sobre el clima, el metano perdido representa una oportunidad perdida para extraer este valioso recurso. El estudio estima que alrededor de una quinta parte de los vertederos del país serían adecuados para dicha recolección y procesamiento si se pueden superar los obstáculos económicos y de otro tipo.

Actualmente, los microorganismos que descomponen los desechos sólidos municipales producen gas de vertedero, que es aproximadamente un 50 % de metano y un 50 % de CO2. Al comprender el funcionamiento sutil de estos microorganismos, especialmente los metanogénicos. arqueasque son los verdaderos caballos de batalla en el ciclo de producción de metano: los investigadores esperan aumentar la producción de metano.

El aumento de metano se puede recolectar y utilizar para generar electricidad, combustibles neutros en carbono o para calentar hogares. La última opción es particularmente atractiva ya que no se requeriría ningún tratamiento adicional del metano. Alternativamente, las comunidades microbianas potencialmente modificadoras podrían usarse para limitar las emisiones de metano si se desea la mitigación.

A la caza de arqueas

Los vertederos proporcionan un escenario ideal para el estudio detallado de arqueas, que se sabe que representan un desafío para el cultivo en el laboratorio. Alrededor del 80% de la diversidad de Archaea aún está en gran parte inexplorada. «Nuestros laboratorios están realmente interesados ​​en los metanógenos porque hacen el mismo metabolismo que hacen en los humedales, lo que los convierte en la mayor fuente de metano, o en su lugar, el tracto gastrointestinal humano, en los vertederos», dice Reynolds.

Debido a que los metanógenos son organismos unicelulares primitivos, pueden usar plantas, alimentos o productos de papel por igual. Si bien el estudio encontró concentraciones de metano similares en su vertedero seco en comparación con otros vertederos, diferentes comunidades de metanógenos están haciendo el trabajo pesado. El estudio muestra que el comportamiento microbiano también depende de la edad de los residuos sólidos depositados. En comparación con los desechos más antiguos, los desechos más jóvenes tienen una temperatura más alta y se degradan de acuerdo con diferentes regímenes. También se ha demostrado que la sequía afecta fuertemente la degradación de los desechos sólidos con el tiempo.

«Hay una reestructuración o reorganización de estos microbios de clima árido en los vertederos», dice Reynolds. La investigación futura tendrá como objetivo aclarar las diferencias en estas comunidades en comparación con sus contrapartes templadas y húmedas.

La investigación adicional analizará más de cerca las comunidades microbianas de los vertederos y el uso de bioestimulantes u otras técnicas que podrían usarse para modificar la producción de metano.


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